[发明专利]一种高精度低g值冲击加速度波形发生装置

说明书

本发明公开的一种高精度低g值冲击加速度波形发生装置，属于冲击设备技术领域。本发明主要由冲击激励结构、碰撞系统、运动支撑系统和底座组成；冲击激励结构包括电磁力锤、空气力锤和精密丝杠电机机构；电磁力锤和空气力锤并列安装在所述精密丝杠电机上，通过精密丝杠电机实现激励结构定位准确的自动切换，得到较宽的冲击加速度和脉宽的测量范围；碰撞系统主要由锤体、砧体和波形发生器构成，锤体和砧体用于实现对心自由碰撞，锤体和砧体的运动限位部分采用一体化加工成形的法兰以提高整体的谐振频率。本发明能够实现在加速度范围(2～1000)g、冲击脉宽时间范围(0.5～10)ms加速度波形发生。本发明具有控制精度高、加速度波形重复性好、结构简单等优点。

技术领域

本发明涉及一种高精度低g值冲击加速度波形发生装置，属于冲击设备技术领域。

背景技术

在飞行员安全防护、汽车安全测试、星箭分离、卫星状态监测、MEMS性能验证以及舰载机起落架性能测试等领域中，广泛存在对10000m/s²以内冲击加速度的高精度测量需求，ISO、欧洲安全标准均对测量范围和精度给出严格的规定。然而我国国防和民用系统的冲击校准过程中，仅在最高5000m/s²的冲击加速度范围内实现1％的测量不确定度，与PTB、NMIJ等国际计量机构存在较大差距。

对于计量领域而言，机械冲击的测试校准实质上是冲击加速度的校准，而冲击速度、冲击位移和动态冲击力都可以由冲击加速度的校准结果通过进一步的数学处理或结合对质量的测量而得到。机械冲击的校准是动态测试校准领域的典型研究内容，被测量的物理量是一个随时间快速变化的瞬态过程，这对测量冲击使用的传感器即加速度传感器及其校准技术提出了很高的要求。目前，国际标准规定了加速度计采用振动与冲击激励进行校准的方法。对于振动激励的校准方式，一般采用固定频率点的正弦形式的机械振动，结合激光干涉仪和正弦逼近法来进行高精度校准，但由于机械结构本身的限制，加速度峰值一般不会超过几百个m/s²。对于采用冲击激励的校准方式，加速度峰值可达几万个m/s²，但由于冲击加速度波形难以用精确的数学表达式来进行描述，所以难以实现精确校准。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高精度低g值冲击加速度波形发生装置，能够实现在加速度范围(2～1000)g、冲击脉宽时间范围(0.5～10)ms加速度波形发生。本发明基于刚体碰撞的原理，适用于对低冲击传感器的测试及校准。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明公开的一种高精度低g值冲击加速度波形发生装置，主要由冲击激励结构、碰撞系统、运动支撑系统和底座组成。

所述冲击激励结构包括电磁力锤、空气力锤和精密丝杠电机机构；所述电磁力锤和空气力锤并列安装在所述精密丝杠电机上，通过精密丝杠电机实现激励结构定位准确的自动切换，得到较宽的冲击加速度和脉宽的测量范围。

冲击激励结构采用电磁力锤和空气力锤组合的方式构成，电磁力锤是采用电磁力激励的电磁锤，空气力锤是采用压缩空气激励的空气锤；电磁力锤由于激励电压有限，所能提供的冲击能量大小受限制，空气力锤用于弥补电磁力锤冲击能量大小受限制的不足；通过上述两种方式的激励源的结合，能够满足不同量程及精度的冲击加速度校准及测试。

所述碰撞系统主要由锤体、砧体和波形发生器构成，所述锤体和砧体用于实现对心自由碰撞，锤体和砧体的运动限位部分采用一体化加工成形的法兰设计以提高整体的谐振频率。

所述较宽的冲击加速度和脉宽的测量范围指加速度范围(2～1000)g、冲击脉宽时间范围(0.5～10)ms。

作为优选，所述运动支撑系统包括锤体运动支撑系统和砧体运动支撑系统。